CN207647674U - 一种两级水泵水轮机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种两级水泵水轮机，涉及流体机械技术领域，包括通过两级叶轮结构连接的蜗壳和尾水管；所述两级叶轮结构的一级叶轮结构包括依次设置的一级转动叶轮、一级活动导叶和一级固定导叶；所述二级叶轮结构包括设置在蜗壳中由内至外的二级转动叶轮、二级活动导叶和二级固定导叶，这种两级水泵水轮机适应高扬程，大容量并且运行稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及流体机械技术领域，特别涉及一种两级水泵水轮机。
背景技术
随着中国电力建设的发展和国防建设的需要，高水头大容量抽水蓄能机组成为智能电网必需的组成部分。
为了确保电网的安全运行和智能电网的高效快捷，电网必须配备5％-10％的抽水蓄能机组，才能确保大电网的安全稳定，因此抽水蓄能电站的建设是关系到国计民生和国家战略安全的关键项目，其中心脏部件水泵水轮机的安全稳定运行至关重要，机组能否安全运行体现的是中国制造的实力，中国智造的魅力，其运行工况的高度复杂性和多样性，使得机组的设计、生产难度大大增加，成为水力发电设备制造行业中复杂度最高、难度最大的产品，将其喻为行业技术中的“皇冠上的明珠”；抽水蓄能的发展方向是超高水头、大容量、高转速和多极水泵水轮机，超高水头水泵水轮机特别受到电站业主的青睐，可以大幅度减少电站投资，提高电源点的经济性和运行调节的灵活性，目前市场上主流的水泵水轮机单级扬程偏低，不能满足技术需要和市场需求。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种适应高扬程，大容量并且运行稳定的两级水泵水轮机。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种两级水泵水轮机，其特征在于：包括通过两级叶轮结构连接的蜗壳和尾水管；所述两级叶轮结构的一级叶轮结构包括依次设置的一级转动叶轮、一级活动导叶和一级固定导叶；所述二级叶轮结构包括设置在蜗壳中由内至外的二级转动叶轮、二级活动导叶和二级固定导叶。
所述一级和二级转动叶轮的叶片数量大于或等于6个，且为偶数个。
所述一级和/或二级转动叶轮包括间隔设置的长叶片和短叶片。
所述长叶片的包角β为120°～180°，短叶片的包角为长叶片包角β的1/2～2/3。
所述一级转动叶轮为混流式叶轮，且其叶片出口的安放角θr12小于90°，为后掠型叶片。
所述一级活动导叶和一级固定导叶的叶片数目为16、20、22、24或28。
所述一级活动导叶的进口角θg11和所述一级转动叶轮的叶片出口的安放角θr12相匹配；所述一级固定导叶的出口角θs12和二级转动叶轮叶片的进口角θr21以及一级活动导叶的出口角θg12相匹配，角度范围为5°～35°。
所述二级活动导叶和二级固定导叶的叶片数目为16、20或22。
所述二级活动导叶的进口角θg21和二级转动叶轮叶片的进口角θr21相匹配，角度范围为5°～35°；所述二级固定导叶的进口角θs11和二级活动导叶的出口角θg22相匹配，角度范围为5°～35°；所述二级固定导叶的出口角θs22和蜗壳进口角θw11相匹配，角度范围为5°～15°。
所述一级固定导叶位于尾水管流道转弯处、二级叶轮结构的进口前；所述一级和二级活动导叶均包含用于控制活动导叶开度的控制机构。
文中使用θ代表角度，下标r代表转轮，g代表活动导叶，s代表固定导叶，w代表蜗壳；11代表第一级进口，12代表第一级出口；21代表第二级进口，22代表第二级出口。
本实用新型的有益效果如下：
一、本实用新型提供的一种两级水泵水轮机，本发明专利技术方案由2级混流式叶轮、2级活动导叶和2级固定导叶构成。液流从轴向进入，经过第一级叶轮叶片从叶轮径向流出，通过导叶的转换作用，输送到第二级叶轮为轴向进流。第二级叶轮将流体输送到蜗壳，通过压力钢管，进入上库，通过两级叶轮的研制，可以装备高扬程的抽水蓄能电站，水泵扬程可以达到1100m，由于流道的改善，可以改善水流的稳定性，从而提高能量特性，抑制水泵驼峰和水轮机S形等水力现象。
二、本实用新型提供的一种两级水泵水轮机，后掠型叶片，可以提高能量转换效率，第一级叶轮采用长短叶片，叶片进口尤其是两个长叶片之间的过流断面面积增加约1倍，大大提高了叶轮抗空化能力和改善叶片焊接难度，提高了过流能力，液流为轴向进入，径向流出，第二级叶轮抽送高压水，转轮形式可以采用长短叶片叶轮，也可以采用全部叶片为长叶片的常规叶片叶轮，如果叶轮形式为长短叶片，长叶片和短叶片的安放角相同，较小的出口安放角有利于提高叶片泵运行的稳定性；与单级水泵水轮机叶轮直径相比，两级水泵水轮机叶轮的直径D为单级叶轮的(0.6-0.8)倍，导叶高度b0为单级叶轮的
(1.2-1.5)倍，减轻了叶轮重量，提高了水泵扬程，增加了水流的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型一种优选方案的侧视示意图；
图2是本实用新型一级叶轮结构一种优选方案的示意图；
图3是本实用新型一种优选方案的俯视示意图；
图4是本实用新型二级叶轮结构一种优选方案的示意图；
图5是本实用新型二级叶轮结构的安装角示意图；
图中：
1、尾水管；2、一级转动叶轮；3、一级活动导叶；4、一级固定导叶；5、二级转动叶轮；6、二级活动导叶；7、二级固定导叶；8、蜗壳。
具体实施方式
以下通过几个具体实施例来进一步说明实现本实用新型目的的技术方案，需要说明的是，本实用新型的技术方案包含但不限于以下实施例。
实施例1
如图1至5，一种两级水泵水轮机，包括通过两级叶轮结构连接的蜗壳8和尾水管1；所述两级叶轮结构的一级叶轮结构包括依次设置的一级转动叶轮2、一级活动导叶3和一级固定导叶4；所述二级叶轮结构包括设置在蜗壳8中由内至外的二级转动叶轮5、二级活动导叶6和二级固定导叶7。
这是本实用新型的一种最基本的实施方案。本发明专利技术方案由2级混流式叶轮、2级活动导叶和2级固定导叶构成。液流从轴向进入，经过第一级叶轮叶片从叶轮径向流出，通过导叶的转换作用，输送到第二级叶轮为轴向进流。第二级叶轮将流体输送到蜗壳，通过压力钢管，进入上库，通过两级叶轮的研制，可以装备高扬程的抽水蓄能电站，水泵扬程可以达到1100m，由于流道的改善，可以改善水流的稳定性，从而提高能量特性，抑制水泵驼峰和水轮机S形等水力现象。
实施例2
如图1至5，一种两级水泵水轮机，包括通过两级叶轮结构连接的蜗壳8和尾水管1；所述两级叶轮结构的一级叶轮结构包括依次设置的一级转动叶轮2、一级活动导叶3和一级固定导叶4；所述二级叶轮结构包括设置在蜗壳8中由内至外的二级转动叶轮5、二级活动导叶6和二级固定导叶7；所述一级和二级转动叶轮的叶片数量为大于或等于6片的偶数片；所述一级和/或二级转动叶轮包括间隔设置的长叶片和短叶片；所述长叶片的包角β为120°～180°，短叶片的包角为长叶片包角β的1/2～2/3；所述一级转动叶轮2为混流式叶轮，且其叶片出口的安放角θr12小于90°，为后掠型叶片；所述一级活动导叶3和一级固定导叶4的叶片数目为16、20、22、24或28；所述一级活动导叶3的进口角θg11和所述一级转动叶轮2的叶片出口的安放角θr12相匹配；所述一级固定导叶4的出口角θs12和二级转动叶轮5叶片的进口角θr21以及一级活动导叶3的出口角θg12相匹配，角度范围为5°～35°；所述二级活动导叶6和二级固定导叶7的叶片数目为16、20或22；所述二级活动导叶6的进口角θg21和二级转动叶轮5叶片的进口角θr21相匹配，角度范围为5°～35°；所述二级固定导叶7的进口角θs11和二级活动导叶6的出口角θg22相匹配，角度范围为5°～35°；所述二级固定导叶7的出口角θs22和蜗壳8进口角θw11相匹配，角度范围为5°～15°；所述一级固定导叶位于尾水管流道转弯处、二级叶轮结构的进口前；所述一级和二级转动叶轮均包含用于控制叶片开度的控制机构。
这是本实用新型的一种优选的实施方案。本发明专利技术方案由2级混流式叶轮、2级活动导叶和2级固定导叶构成。液流从轴向进入，经过第一级叶轮叶片从叶轮径向流出，通过导叶的转换作用，输送到第二级叶轮为轴向进流。第二级叶轮将流体输送到蜗壳，通过压力钢管，进入上库，通过两级叶轮的研制，可以装备高扬程的抽水蓄能电站，水泵扬程可以达到1100m，由于流道的改善，可以改善水流的稳定性，从而提高能量特性，抑制水泵驼峰和水轮机S形等水力现象；后掠型叶片，可以提高能量转换效率，第一级叶轮采用长短叶片，叶片进口尤其是两个长叶片之间的过流断面面积增加约1倍，大大提高了叶轮抗空化能力和改善叶片焊接难度，提高了过流能力，液流为轴向进入，径向流出，第二级叶轮抽送高压水，转轮形式可以采用长短叶片叶轮，也可以采用全部叶片为长叶片的常规叶片叶轮，如果叶轮形式为长短叶片，长叶片和短叶片的安放角相同，较小的出口安放角有利于提高叶片泵运行的稳定性；与单级水泵水轮机叶轮直径相比，两级水泵水轮机叶轮的直径D为单级叶轮的(0.6-0.8)倍，导叶高度b0为单级叶轮的(1.2-1.5)倍，减轻了叶轮重量，提高了水泵扬程，增加了水流的稳定性。
实施例3
如图1至5
水轮机的尾水管1：水轮机工况排水并能回收部分能量，水泵工况引水；
一级转动叶轮2：水轮机工况做功发电，水泵工况做功抽水；
一级活动导叶3：将水泵工况抽送上来的水由径向转为准轴向出水，水轮机工况为第一级叶轮提供很好的来流条件，需要一级控制机构调节导叶开度；
一级固定导叶4：将水泵工况抽送上来的水由第一级活动导叶准轴向转为轴向出水，为第二级叶轮抽水提供很好的来流条件，水轮机工况将第二级叶轮输送的水送至第一级活动导叶，提供很好的来流条件；
二级转动叶轮5：水轮机工况做功发电，水泵工况做功抽水，与第一级叶轮相比可以将水抽至更高的扬程；
二级活动导叶6：将水泵工况抽送上来的水送至第二级固定导叶，水轮机工况为第二级叶轮提供很好的来流条件，需要一级控制机构调节导叶开度；
第二级固定导叶7：将水泵工况抽送上来的水由径向转为圆周方向出水，为蜗壳将水送至上游压力钢管提供很好的来流条件，水轮机工况将蜗壳上游来水送至第二级活动导叶，提供很好的来流条件；
蜗壳8：水泵工况将水送至上游压力钢管，水轮机工况为第二级固定导叶提供很好的来流条件。
该技术方案结构简单，水力性能好，尤其是在同样水泵水轮机蜗壳的结构尺寸下，可以大大提高水泵的扬程，满足市场对高扬程水泵水轮机的需求。
改善单级水泵水轮机流道非常狭窄的缺陷，从而可以提高整机的效率，同时改善机组稳定性。
适用比转数范围：
公式(1)中各个符号的含义：
nq：比转数；
n：转速；
Q：泵工况最高效率工况下对应的流量；
H：泵工况最高效率工况下对应的扬程；
依照本发明专利实施的两级水泵水轮机包括：
叶轮叶片数设置为8、10、12、……2n，n为整数，n>3；
叶轮为混流式叶轮，出口安放角小于90°，为后掠型叶片；
第一级叶轮进口安放角θr11为5°～35°，出口安放角θr12为5°～30°，如果叶轮形式为长短叶片，长叶片和短叶片的安放角相同，较小的出口安放角有利于提高水泵水轮机运行的稳定性；
叶轮形式为长短叶片，长叶片的包角β为120°～180°；短叶片的包角为(1/2-2/3)长叶片包角β；
第一级活动导叶和固定导叶数目为16、20、22、24、28五种形式。第一级活动导叶的进口角θg11和第一级叶轮出口角θr12相匹配，第一级固定导叶的出口角θs12和第二级叶轮的进口角θr21以及第一级活动导叶的出口角θg12相匹配，角度范围为5°～35°；
第二级活动导叶和固定导叶的数目为16、20、22三种形式，第二级活动导叶进口角θg21和第二级叶轮的出口角θr21相匹配，角度范围为5°～35°。第二级固定导叶进口角θs11和第二级活动导叶的出口角θg22相匹配，角度范围为5°～35°。第二级固定导叶出口角θs22和蜗壳进口角θw11相匹配，角度范围为5°～15°；
与单级水泵水轮机叶轮直径相比，两级水泵水轮机叶轮的直径D为单级叶轮的(0.6-0.8)倍，导叶高度b0为单级叶轮的(1.2-1.5)倍，减轻了叶轮重量，提高了水泵扬程，增加了水流的稳定性。
Claims (10)
1.一种两级水泵水轮机，其特征在于：包括通过两级叶轮结构连接的蜗壳(8)和尾水管(1)；所述两级叶轮结构的一级叶轮结构包括依次设置的一级转动叶轮(2)、一级活动导叶(3)和一级固定导叶(4)；所述二级叶轮结构包括设置在蜗壳(8)中由内至外的二级转动叶轮(5)、二级活动导叶(6)和二级固定导叶(7)。
2.如权利要求1所述的一种两级水泵水轮机，其特征在于：所述一级和二级转动叶轮的叶片数量为大于或等于6个的偶数个。
3.如权利要求1或2所述的一种两级水泵水轮机，其特征在于：所述一级和/或二级转动叶轮包括间隔设置的长叶片和短叶片。
4.如权利要求3所述的一种两级水泵水轮机，其特征在于：所述长叶片的包角β为120°～180°，短叶片的包角为长叶片包角β的1/2～2/3。
5.如权利要求1所述的一种两级水泵水轮机，其特征在于：所述一级转动叶轮(2)为混流式叶轮，且其叶片出口的安放角θr12小于90°，为后掠型叶片。
6.如权利要求1或5所述的一种两级水泵水轮机，其特征在于：所述一级活动导叶(3)和一级固定导叶(4)的叶片数目为16、20、22、24或28。
7.如权利要求6所述的一种两级水泵水轮机，其特征在于：所述一级活动导叶(3)的进口角θg11和所述一级转动叶轮(2)的叶片出口安放角θr12相匹配；所述一级固定导叶(4)的出口角θs12和二级转动叶轮(5)叶片的进口角θr21以及一级活动导叶(3)的出口角θg12相匹配，角度范围为5°～35°。
8.如权利要求1所述的一种两级水泵水轮机，其特征在于：所述二级活动导叶(6)和二级固定导叶(7)的叶片数目为16、20或22。
9.如权利要求8所述的一种两级水泵水轮机，其特征在于：所述二级活动导叶(6)的进口角θg21和二级转动叶轮(5)叶片的进口角θr21相匹配，角度范围为5°～35°；所述二级固定导叶(7)的进口角θs11和二级活动导叶(6)的出口角θg22相匹配，角度范围为5°～35°；所述二级固定导叶(7)的出口角θs22和蜗壳(8)进口角θw11相匹配，角度范围为5°～15°。
10.如权利要求1所述的一种两级水泵水轮机，其特征在于：所述一级固定导叶位于尾水管流道转弯处、二级叶轮结构的进口前；所述一级和二级活动导叶均包含用于控制活动导叶开度的控制机构。
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| CN201721781079.1U CN207647674U (zh) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | 一种两级水泵水轮机 |
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|---|---|---|---|---|
| CN110296032A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-01 | 西安理工大学 | 一种高性能双向全贯流水轮机 |
| CN113969855A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-01-25 | 清华大学 | 抑制水泵水轮机泵工况驼峰的叶片改型方法 |
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| CN113969855A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-01-25 | 清华大学 | 抑制水泵水轮机泵工况驼峰的叶片改型方法 |
| CN113969855B (zh) * | 2021-10-15 | 2022-08-02 | 清华大学 | 抑制水泵水轮机泵工况驼峰的叶片改型方法 |
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